[發明專利]一種空間天文衛星巡天掃描多目標任務規劃方法

有效

• 申請號: 201410349069.5
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104090819B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 李立鋼;倪偉;鄭偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: G06F9/46
• 分類號: G06F9/46
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所11309
• 代理人: 李楠

技術領域

本發明涉及衛星資源任務規劃調度領域，尤其涉及一種空間天文衛星巡天掃描多目標任務規劃方法。

背景技術

空間天文觀測是指從距離地面幾十千米的高空到地球大氣層以外的太空所進行的天文觀測，是人類精確探測宇宙現象，揭示宇宙規律，推動自身進步的重要途徑。

作為衛星運行和探測任務高效順利實施的重要保障，衛星任務調度規劃策略研究對于合理安排探測計劃、優化星地資源、最大實現觀測目標具有重要意義。與傳統對地觀測衛星任務相比，空間天文衛星在工作模式上具有其自身特點，包括巡天掃描、定點觀測、小天區掃描等幾種模式。其中，巡天掃描對象是整個天球，依靠軌道進動和姿態變化實現全天區的掃描覆蓋，獲取整個天圖；同時，巡天掃描需要不斷對天區進行持續探測，數據量較大，而星上存儲和地面站資源有限，如何利用有限地面站和星上存儲容量實現星上數據高效、快速下傳是其中一個難點；此外，針對巡天類衛星任務規劃問題，需要綜合考慮星上資源、地面資源、太陽規避角以及南大西洋異常區等多種約束條件，對多種約束條件下的多目標復雜規劃問題建模和求解帶來一定難度。

目前針對運行的多顆空間天文類科學衛星，研制開發了一系列調度規劃系統，但這些系統更多關注于任務的長期規劃，缺少對地面站等資源的考慮。傳統的對地觀測任務規劃模型不能適用于巡天類衛星任務的工作模式；而有限的地面站資源也存在著多星并發沖突訪問的問題，需要在任務規劃建模中統一考慮；此外，科學探測需求及衛星工程約束需求需要進行平衡，傳統的單目標加權合并的規劃方法難以解決多個任務規劃目標的優化問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，綜合考慮星上能源、存儲及地面數傳約束，從科學探測需求和工程實施需求出發進行多目標規劃問題建模，提供一種空間天文衛星巡天掃描多目標任務規劃方法，所提出的算法可以降低沖突消解的時間和空間復雜度。

為實現上述目的，本發明提供了一種空間天文衛星巡天掃描多目標任務規劃方法，所述方法包括：

步驟1，天球網格劃分與編號；

步驟2，可見窗口及約束條件處理；

步驟3，多目標多約束任務規劃建模；

步驟4，多目標多約束任務規劃模型解算處理。

進一步的，所述步驟1具體為，針對空間天文衛星巡天掃描任務模式，基于觀測角視場范圍對全天球進行經緯網格劃分，構成單位天區，并進行編號，為巡天掃描任務規劃可見窗口計算提供輸入。

進一步的，所述步驟2具體為，基于衛星軌道及姿態信息，對輸入的單位天區按照規劃時段計算單位天區的可見窗口，同時對衛星觀測約束角、衛星南大西洋異常工作區、衛星地球遮擋等這類約束條件進行計算，結合單位天區可見窗口去處不滿足上述約束條件的窗口，為下一步顧及能源、數傳的統一規劃提供輸入數據。

進一步的，所述步驟3具體為，將能源約束、數傳約束與觀測時段約束統一考慮，建立多目標任務規劃模型，規劃目標使得姿態調整的次數越少越好，同時，保證掃描天區覆蓋百分比的最大化。

進一步的，所述步驟4具體為，針對建立的多目標多約束任務規劃模型，采用多目標粒子群算法進行求解，構造算法的解向量，設計解向量調整策略，降低沖突消減過程的時空復雜度，最終生成滿足規劃目標的規劃結果。

本發明空間天文衛星巡天掃描多目標任務規劃方法，綜合考慮了星上及地面數傳約束，從科學探測需求和工程實施需求出發進行多目標規劃問題建模，提出求解算法可以降低沖突消解的時間和空間復雜度。

附圖說明

圖1為本發明空間天文衛星巡天掃描多目標任務規劃方法的流程圖。

具體實施方式

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

本發明從天球最大化覆蓋和觀測姿態最小調整的規劃目標要求出發，統一考慮數傳、能源等約束條件，提出一種巡天掃描多目標任務規劃方法。

圖1為本發明空間天文衛星巡天掃描多目標任務規劃方法的處理流程圖，如圖所示，本發明具體包括如下步驟：

步驟101，天球網格劃分與編號；

具體包括，針對空間天文衛星巡天掃描任務模式，基于觀測角視場范圍對全天球進行經緯網格劃分，構成單位天區，并進行編號，為巡天掃描任務規劃可見窗口計算提供輸入。